• Langue : Anglais
• Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
• Identifiant : 2020LILUR010
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 28/05/2020

Résumé en langue originale

Les matières organiques naturelles (MON) présentes dans les ressources en eau est une problématique majeure dans les filières de production d’eau potable. Cette problématique liée à la présence et à l'augmentation continue des teneurs en carbone organique, en particulier dans les eaux de surface, et son impact sur les filières de potabilisation, a donné naissance au projet DOC2C’s dans le but d'étudier et de proposer des moyens durables pour réduire la MON. L'objectif de cette étude était de fournir une technique innovante pour la caractérisation de la MON et de ses complexes avec les métaux traces. Cette étude a été réalisée en utilisant plusieurs techniques comme la chromatographie d'exclusion stérique (HPSEC) couplée à des détecteurs spectraux (UV et Fluorescence) et à un détecteur élémentaire (ICP-MS). Les méthodes développées ont été appliquée sur des pilotes de traitement et à grande échelle, dans les usines de potabilisation, pour suivre l'évolution de la MON pendant le traitement et la formation potentielle de sous-produit de désinfection (SPD). La substance humique de la MON, dont on connait hydrophobicité, contribué plus à la formation de SPD, tandis que les fractions légères et les plus hydrophiles y contribuent moins. Nous avons montré l'efficacité d’élimination de la MON sur des filières de traitement à l’échelle pilote, ainsi le processus de coagulation permet d’éliminer presque tous les biopolymères, 38 % des substances humiques et 17 % des substances à faible poids moléculaire. Les résines échangeuses d'ions en suspension a éliminent 75 % des substances humiques, 70 % des building blocks, 78 % des acides de faible poids moléculaire et 81 % des neutres de faible poids moléculaire, tandis que l'ultrafiltration sur membranes céramiques semble n'avoir eu qu'un faible impact sur les biopolymères. Les résultats obtenus à l'aide des détecteurs spectraux ont été comparés à ceux d'un détecteur de carbone (LC-OCD). Il a été démontré que la composition de la fraction de biopolymère ressemblait à des protéines, responsables de sa fluorescence semblable à celle du tryptophane. Les propriétés de complexation des différentes fractions de la MON ont également été étudiées après séparation par taille. Le détecteur élémentaire (ICP-MS) a permis de mettre en évidence les fractions préférentielles pour les métaux. Par exemple, alors que le Cu se complexe avec toutes les fractions de la MON, le Zn et le Pb préféraient se complexer avec le building blocks. La compétition entre des métaux traces et différentes fractions de la MON a également été observées. Une méthode quantitative innovante a également été mise au point avec un étalonnant la SEC-ICP-MS en utilisant l'EDTA comme ligand et validée à l’aide des étalons IHSS de matière organique (SRHA, SRFA) pour les ligands et les solutions étalons de Cu, Mn et Zn.

Résumé traduit

Natural organic matter (NOM), present in waters poses severe challenges to all stages of drinking water treatment. A disturbing phenomenon is the rapid changes in the quantity and quality of NOM observed recently, which necessitates the adaptation of drinking water treatment processes. This worrying trend gave birth to the Interreg DOC2C's Project which sought to investigate the possibility of improved NOM removal from surface waters through innovative, knowledge and research based methods. The goal of this study was to provide an innovative technique for the characterization of NOM and its complexes with trace metals. This study was performed with the help of a size exclusion chromatography (HPSEC) coupled with spectral detectors (UV and Fluorescence) and an elementary detector (ICP-MS). The developed methodology was applied to both pilot and full-scale drinking water treatment plants to monitor the evolution of NOM during treatment and the potential formation of disinfection by products (DBPs). The humic substance fraction of NOM which is known to be more hydrophobic contributed most to DBP formation while the LMW and hydrophilic fractions contributed least. After humic substance removal, the decrease in DBP formation was related to the removal of building blocks. In quantifying NOM removal efficiency of pilot water treatment plant, coagulation process removes almost all biopolymers, 38% of humic substances and 17% of low molecular weight (LMW) substances, with little impact on building blocks. Suspended ion exchange resin eliminates 75% of humic substances, 70% of building blocks, 78% of LMW acids and 81% of LMW neutrals, while ultrafiltration on ceramic membranes seems to have had only a small impact on biopolymers. The results obtained from the spectral detectors were compared with that of a carbon detector (LC-OCD). The composition of the biopolymer fraction was shown to be made up for protein-like components responsible for its tryptophan-like fluorescence. The complexing properties of the different fractions of NOM was also studied after separation by size. The elemental detector helped in demonstrating the preferred fraction(s) for metal complexation. For instance, whereas Cu complexed with all NOM fractions, Zn and Pb preferred to be complexed with the building blocks. Complexation and competition of the trace metals at different NOM fractions were also observed. An innovative quantitative method was also developed by calibrating the LC-ICP-MS with EDTA and the method confirmed using organic matter standards (SRHA, SRFA) for the ligands and Cu, Mn and Zn standard solutions.